第七章 有机介质中的酶反应
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
这种酶催化反应主要用于酰胺、糖苷、糖酯的合成。
9
3.干介质体系中的酶促合成
在干反应技术中反应物沉积在无机氧化物上，如氧 化铝、硅胶、高岭土、硅藻土等均可用来作为反应 物的载体，然后通过加热方法使反应进行。
干反应技术可以用于糖苷酶催化的糖苷合成反应， 使用-葡萄糖苷酶与各种无机载体混合方法，在加 热到80C条件下催化葡萄糖与1,4-丁二醇的糖苷化 反应，反应2小时，得到58%产率的4-羟基丁基葡萄 糖苷。
反应体系，除了加入保持酶催化活性所必需的微量水 之外，不再加入任何溶剂。采用这种反应体系，可以 有效地合成在医药、食品、化妆品中使用的油脂、单 甘油酯和各种脂肪酸酯等。
8
2.“固-对-固”反应体系中的酶促合成
反应体系一般仅加10-30%水或有机溶剂，主要是 固体的反应物。起始反应混合物主要由悬浮在少量 溶剂中的固体反应物或高度饱和的液体相组成（水 或有机溶剂），而最后的反应混合物主要由固体产 物组成，这种反应体系被称为“固体-对-固体”反 应。
11
三． 有机相酶反应具备条件
1． 保证必需水含量。 2． 选择合适的酶及酶形式。 3． 选择合适的溶剂及反应体系。 4． 选择最佳pH值。
12
四． 有机相酶反应的研究进展
1． 超临界流体中的酶反应 2． 仿水溶剂和印迹技术
13
1． 超临界流体中的酶反应
（1）概念:
指温度和压力均在本身的临
界点以上的高密度流体，具有和液
体同样的凝聚力、溶解力；然而其
扩散系数又接近于气体，是通常液
体的近百倍。
超临界流体萃取具有很高的萃取速 度。另外该流体随着温度与压力的 连续变化，对物质的萃取具有选择 性，而且萃取后分离也很容易。
14
（2）超临界流体的有关性质
A.超临界流体的P-V-T性质
流体名称 乙烷 丙烷 丁烷 戊烷 乙烯 氨
第七章 有机介质中的酶反应
Enzymatic catalysis in Non-aqueous system
主讲： 徐伟 博士
1
Contents of chapter 6
Go 第一节 有机介质中的酶促反应概述 Go 第二节 有机介质中酶促反应的条件 Go 第三节 有机介质对酶性质的影响 Go 第四节 有机介质中酶促反应的应用
0.525
0.326 0.203
15
B. 超临界CO2
指纯净的CO2被加热或压缩到高于其临界点（临界温 度31.1℃，临界压力7.28Mpa)时的状态。该流体具有无毒、 无臭、不燃等优点。对多数酶都能适用，且产物易于分离。
C.提高溶剂选择性的基本原则：
第一：操作温度和压力在超临界流体的临界点接近； 第二：超临界流体的化学选择和待分离溶质的化学性质接 近。
4.离子液介质中的酶催化 酶在离子液中进行的催化作用。挥发性低、稳定性好。酶
在离子液中的催化作用具有良好的稳定性和区域选择性、立 体选择性、键选择性等显著特点。 离子液（ionic liquids）是由有机阳离子与有机（无机） 阴离子构成的在室温条件下呈液态的低熔点盐类。
6
补充内容
（二）无溶剂体系中酶催化反应
目前酶催化的无溶剂有机合成反应中，使用 的酶主要有脂肪酶、蛋白水解酶和糖苷酶。
无溶剂酶催化反应主要包括以下几种反应体 系：液态无溶剂体系；固态-对-固态反应体 系以及干介质反应体系。
7
1.液态无溶剂体系
酶催化的底物为脂肪酸或脂肪酸酯（包括甘油酯）与 脂肪醇（包括甘油），这些底物大多数在反应温度下 呈现液体状态，或者具有较低的熔点，在稍微高的温 度下（50-70C）也呈液体状态。
10
二．有机相酶反应的优点
1.有利于疏水性底物的反应 7.可扩大反应pH值的适应性。
2.可提高酶的热稳定性
8. 酶易于实现固定化。
3.能催化在水中不能进行的 9.酶和产物易于回收。
反应
10.可避免微生物污染。
4.可改变反应平衡移动方向
5.可控制底物专一性
6.可防止由水引起的副反应
是否存在非水介质能保证酶催化？？
1984年，克利巴诺夫（Klibanov）等人在有机介质中进行了酶催化反
应的研究，他们成功地在利用酶有机介质中的催化作用，获得酯类、肽
类、手性醇等多种有机化合物，明确指出酶可以在水与有机溶剂的互溶
体系中进行催化反应。
4
（一）酶非水相催化的分类
1.有机介质中的酶催化 指酶在含有一定量水的有机溶剂中进行的催化反应。适 用于底物、产物两者或其中之一为疏水性物质的酶催化 作用。酶在有机介质中由于能够基本保持其完整的结构 和活性中心的空间构象，所以能够发挥其催化功能。
2.气相介质中的酶催化 酶在气相介质中进行的催化反应。适用于底物是气体或者
能够转化为气体的物质的酶催化反应。 由于气体介质的密度 低，扩散容易，因此酶在气相中的催化作用与在水溶液中的 催化作用有明显的不同特点。
5
3.超临界介质中的酶催化 酶在超临界流体中进行的催化反应。超临界流体是指温度
和压力超过某物质超临界点的流体。
2
第一节 有机介质中的酶促反应概述
一、酶催化反应的介质 二．有机相酶反应的优点 三．有机相酶反应必备条件 四．有机相酶反应的研究进展
3
一、酶催化反应的介质
水是酶促反应最常用的反应介质。
但对于大多数有机化合物来说，水并不是一种适宜的溶剂。因为 许多有机化合物(底物)在水介质中难溶或不溶。
由于水的存在，往往有利于如水解、消旋化、聚合和分解等副反 应的发生。
CO2 二氧化硫 水
临界温度 （℃）
32.3
96.9
150.0 296.7 9.9 132.4
31.1
157.6 374.3
临界压力 （Mpa）
4.26
3.8
3.38 5.12 11.28 7.38
7.28
22.11 4.88
临界密度 (g/cm3)
0.220 0.228
ຫໍສະໝຸດ Baidu
0.232
0.227 0.236 0.460
16
D. SC 流体的溶解能力
超临界流体的溶解能力与其密度有很大关系，而密度又受 到体系温度或压力的明显影响，所以压力或温度的变化， 就会直接改变其溶解能力。
E.超临界流体的选定
① 萃取剂需具有化学稳定性，对设备没有腐蚀性； ② 临界温度不能太低或太高，最好在室温附近或操作温 度附近； ③ 操作温度应低于被萃取溶质的分解温度或变质温度；
9
3.干介质体系中的酶促合成
在干反应技术中反应物沉积在无机氧化物上，如氧 化铝、硅胶、高岭土、硅藻土等均可用来作为反应 物的载体，然后通过加热方法使反应进行。
干反应技术可以用于糖苷酶催化的糖苷合成反应， 使用-葡萄糖苷酶与各种无机载体混合方法，在加 热到80C条件下催化葡萄糖与1,4-丁二醇的糖苷化 反应，反应2小时，得到58%产率的4-羟基丁基葡萄 糖苷。
反应体系，除了加入保持酶催化活性所必需的微量水 之外，不再加入任何溶剂。采用这种反应体系，可以 有效地合成在医药、食品、化妆品中使用的油脂、单 甘油酯和各种脂肪酸酯等。
8
2.“固-对-固”反应体系中的酶促合成
反应体系一般仅加10-30%水或有机溶剂，主要是 固体的反应物。起始反应混合物主要由悬浮在少量 溶剂中的固体反应物或高度饱和的液体相组成（水 或有机溶剂），而最后的反应混合物主要由固体产 物组成，这种反应体系被称为“固体-对-固体”反 应。
11
三． 有机相酶反应具备条件
1． 保证必需水含量。 2． 选择合适的酶及酶形式。 3． 选择合适的溶剂及反应体系。 4． 选择最佳pH值。
12
四． 有机相酶反应的研究进展
1． 超临界流体中的酶反应 2． 仿水溶剂和印迹技术
13
1． 超临界流体中的酶反应
（1）概念:
指温度和压力均在本身的临
界点以上的高密度流体，具有和液
体同样的凝聚力、溶解力；然而其
扩散系数又接近于气体，是通常液
体的近百倍。
超临界流体萃取具有很高的萃取速 度。另外该流体随着温度与压力的 连续变化，对物质的萃取具有选择 性，而且萃取后分离也很容易。
14
（2）超临界流体的有关性质
A.超临界流体的P-V-T性质
流体名称 乙烷 丙烷 丁烷 戊烷 乙烯 氨
第七章 有机介质中的酶反应
Enzymatic catalysis in Non-aqueous system
主讲： 徐伟 博士
1
Contents of chapter 6
Go 第一节 有机介质中的酶促反应概述 Go 第二节 有机介质中酶促反应的条件 Go 第三节 有机介质对酶性质的影响 Go 第四节 有机介质中酶促反应的应用
0.525
0.326 0.203
15
B. 超临界CO2
指纯净的CO2被加热或压缩到高于其临界点（临界温 度31.1℃，临界压力7.28Mpa)时的状态。该流体具有无毒、 无臭、不燃等优点。对多数酶都能适用，且产物易于分离。
C.提高溶剂选择性的基本原则：
第一：操作温度和压力在超临界流体的临界点接近； 第二：超临界流体的化学选择和待分离溶质的化学性质接 近。
4.离子液介质中的酶催化 酶在离子液中进行的催化作用。挥发性低、稳定性好。酶
在离子液中的催化作用具有良好的稳定性和区域选择性、立 体选择性、键选择性等显著特点。 离子液（ionic liquids）是由有机阳离子与有机（无机） 阴离子构成的在室温条件下呈液态的低熔点盐类。
6
补充内容
（二）无溶剂体系中酶催化反应
目前酶催化的无溶剂有机合成反应中，使用 的酶主要有脂肪酶、蛋白水解酶和糖苷酶。
无溶剂酶催化反应主要包括以下几种反应体 系：液态无溶剂体系；固态-对-固态反应体 系以及干介质反应体系。
7
1.液态无溶剂体系
酶催化的底物为脂肪酸或脂肪酸酯（包括甘油酯）与 脂肪醇（包括甘油），这些底物大多数在反应温度下 呈现液体状态，或者具有较低的熔点，在稍微高的温 度下（50-70C）也呈液体状态。
10
二．有机相酶反应的优点
1.有利于疏水性底物的反应 7.可扩大反应pH值的适应性。
2.可提高酶的热稳定性
8. 酶易于实现固定化。
3.能催化在水中不能进行的 9.酶和产物易于回收。
反应
10.可避免微生物污染。
4.可改变反应平衡移动方向
5.可控制底物专一性
6.可防止由水引起的副反应
是否存在非水介质能保证酶催化？？
1984年，克利巴诺夫（Klibanov）等人在有机介质中进行了酶催化反
应的研究，他们成功地在利用酶有机介质中的催化作用，获得酯类、肽
类、手性醇等多种有机化合物，明确指出酶可以在水与有机溶剂的互溶
体系中进行催化反应。
4
（一）酶非水相催化的分类
1.有机介质中的酶催化 指酶在含有一定量水的有机溶剂中进行的催化反应。适 用于底物、产物两者或其中之一为疏水性物质的酶催化 作用。酶在有机介质中由于能够基本保持其完整的结构 和活性中心的空间构象，所以能够发挥其催化功能。
2.气相介质中的酶催化 酶在气相介质中进行的催化反应。适用于底物是气体或者
能够转化为气体的物质的酶催化反应。 由于气体介质的密度 低，扩散容易，因此酶在气相中的催化作用与在水溶液中的 催化作用有明显的不同特点。
5
3.超临界介质中的酶催化 酶在超临界流体中进行的催化反应。超临界流体是指温度
和压力超过某物质超临界点的流体。
2
第一节 有机介质中的酶促反应概述
一、酶催化反应的介质 二．有机相酶反应的优点 三．有机相酶反应必备条件 四．有机相酶反应的研究进展
3
一、酶催化反应的介质
水是酶促反应最常用的反应介质。
但对于大多数有机化合物来说，水并不是一种适宜的溶剂。因为 许多有机化合物(底物)在水介质中难溶或不溶。
由于水的存在，往往有利于如水解、消旋化、聚合和分解等副反 应的发生。
CO2 二氧化硫 水
临界温度 （℃）
32.3
96.9
150.0 296.7 9.9 132.4
31.1
157.6 374.3
临界压力 （Mpa）
4.26
3.8
3.38 5.12 11.28 7.38
7.28
22.11 4.88
临界密度 (g/cm3)
0.220 0.228
ຫໍສະໝຸດ Baidu
0.232
0.227 0.236 0.460
16
D. SC 流体的溶解能力
超临界流体的溶解能力与其密度有很大关系，而密度又受 到体系温度或压力的明显影响，所以压力或温度的变化， 就会直接改变其溶解能力。
E.超临界流体的选定
① 萃取剂需具有化学稳定性，对设备没有腐蚀性； ② 临界温度不能太低或太高，最好在室温附近或操作温 度附近； ③ 操作温度应低于被萃取溶质的分解温度或变质温度；